DE10059953A1 - Kurbelwellen-Startergenerator - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kurbelwellen-Startergenerator für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, wobei der Startergenerator mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine antriebsgekoppelt ist und sowohl als Anlasser als auch als Lichtmaschine dient. Ein Stator des Startergeneraotrs ist mit einem Motorblock der Brennkraftmaschine drehfest gekoppelt und ein Rotor des Startergenerators ist mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine antriebsgekoppelt. Ein Träger ist koaxial zur Kurbelwelle angeordnet und mit dieser antriebsgekoppelt. Der Rotor ist mit dem Träger antriebsgekoppelt. Rotor und Träger sind koaxial zueinander angeordnet und sind drehfest miteinander gekoppelt. Des weiteren sind der Stator innen liegend und der Rotor außen liegend angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kurbelwellen-Startergenerator für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbe­ griffs des Anspruchs 1.

Aus der nachveröffentlichten DE 199 41 705 A1 ist ein derar­ tiger Kurbelwellen-Startergenerator bekannt, bei dem ein Stator des Startergenerators mit einem Motorblock der Brenn­ kraftmaschine drehfest gekoppelt ist und bei dem ein Rotor des Startergenerators mit der Kurbelwelle der Brennkraftma­ schine antriebsgekoppelt ist. Außerdem bildet eine koaxial zur Kurbelwelle angeordnete Riemenscheibe einen Träger, der mit der Kurbelwelle und mit dem Rotor antriebsgekoppelt ist. Hierbei ist der Startergenerator exzentrisch zur Kurbelwel­ le, also seitlich am Motorblock angebracht. Für eine solche Anordnung wird ein entsprechender zusätzlicher Bauraum benö­ tigt.

Die DE 196 31 384 C1 zeigt eine elektrische Maschine mit Stator und einem im Antriebsstrang eines Antriebsaggregates angeordneten Rotor. Dieser Rotor kann beispielsweise auf ei­ ner Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors sitzen. Im Antriebsstrang ist eine Schwingungsisolierung eingebaut, die in den Rotor der elektrischen Maschine integriert ist. Die elektrische Maschine kann beispielsweise die Funktion eines Startergenerators aufweisen.

Aus der US 1 770 468 ist ein weiterer Startergenerator be­ kannt, dessen Rotor drehfest mit der Kurbelwelle und mit ei­ ner koaxial angeordneten Riemenscheibe verbunden ist. Der Stator dieses Startergenerators ist mit der Karosserie des Fahrzeugs verbunden.

Aus dem Prospekt "Der Sachs DynaStart - Die neue Energie fürs Auto" ist ebenfalls ein Kurbelwellen-Startergenerator bekannt, der mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine antriebsgekoppelt ist und sowohl als Anlasser als auch als Lichtmaschine dient. Dabei ist ein Stator des Startergenera­ tors über einen Träger an einem Motorblock der Brennkraftma­ schine montiert und somit drehfest mit dem Motorblock gekop­ pelt. Ein Rotor des Startergenerators ist an einem Schwung­ rad der Brennkraftmaschine befestigt, wobei dieses Schwung­ rad mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine drehfest ver­ bunden ist, so daß auch der Rotor mit der Kurbelwelle dreh­ fest gekoppelt ist. Das Schwungrad einer Brennkraftmaschine ist üblicherweise zwischen dem Motorblock und der Eingangs­ seite einer Kupplung angeordnet, die ausgangsseitig mit ei­ nem Getriebe gekoppelt ist. In diesem Bereich treten jedoch sehr hohe thermische Belastungen der dort angeordneten Bau­ teile auf, so daß für den dort plazierten Startergenerator eine intensive Kühlung erforderlich ist, um Beschädigungen am Startergenerator zu verhindern. Ein weiterer Nachteil des bekannten Startergenerators wird darin gesehen, daß die In­ tegration des Startergenerators in den Antriebsstrang der Brennkraftmaschine eine konstruktive Änderung dieses An­ triebsstrangs erforderlich macht. Außerdem verändern sich durch die Integration des Startergenerators in den Antriebs­ strang die Einbaumaße der Brennkraftmaschine, so daß auch hier konstruktive Maßnahmen am Fahrzeug durchgeführt werden müssen.

Darüber hinaus besteht das Bedürfnis, in Abhängigkeit des Fahrzeugtyps bzw. der Fahrzeugausstattung Startergeneratoren mit unterschiedlicher Leistung zu montieren, die sich jedoch durch ihre Einbaumaße voneinander unterscheiden, so daß auch hier konstruktive Anpassungen erforderlich sind.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Startergenerator der eingangs genannten Art eine besonders kompakt bauende Ausführungsform anzugeben.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch einen Startergene­ rator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird für den Startergenerator eine besonders kompakte Bauform erreicht, die über den Trä­ ger eine direkte Kraft- bzw. Momentübertragung zwischen Kur­ belwelle und Rotor ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Anordnung beruht auf dem allgemeinen. Gedanken, den Startergenerator an der vom Abtrieb der Kurbelwelle abgewandten Stirnseite der Brennkraftmaschine anzu­ ordnen und dort den Rotor über den Träger mit der Kurbelwel­ le zu verbinden. Für heute übliche Brennkraftmaschinen wird somit vorgeschlagen, den Startergenerator an dem, einem Rie­ mentrieb der Brennkraftmaschine zugeordneten Ende des Motor­ blocks anzuordnen. Durch diese Maßnahmen befindet sich der Startergenerator einerseits an einem Ort, an dem im Ver­ gleich zu einer Position zwischen Getriebe und Motorblock eine deutlich reduzierte Wärmeentwicklung auftritt. Anderer­ seits kann dieser Ort relativ einfach mit einer Kühlluft­ strömung beaufschlagt werden. Ein anderer wichtiger Vorteil des erfindungsgemäßen Startergenerators wird jedoch darin gesehen, daß am Motorblock keine konstruktiven Anpassungen durchgeführt werden müssen, um den Startergenerator montie­ ren zu können. Insbesondere ist es dadurch möglich, unter­ schiedlich dimensionierte Startergeneratoren in Abhängigkeit der erforderlichen Leistung zu montieren, wodurch sich eine große Typenvielfalt realisieren läßt, ohne daß dazu aufwen­ dige konstruktive Anpassungen der einzelnen Brennkraftma­ schinen erforderlich sind.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform kann der Träger eine Riemenscheibe eines Riementriebs der Brennkraftmaschine tra­ gen oder als Riemenscheibe ausgebildet sein, wodurch die kompakte Bauweise verbessert wird.

Vorzugsweise bilden Träger bzw. Riemenscheibe und Rotor eine integrale Einheit, d. h., der Träger oder die Riemenscheibe ist am Rotor bzw. der Rotor ist am Träger oder an der Riemenscheibe ausgebildet. Diese Maßnahme erleichtert die Aus­ bildung einer kompakten Bauform für den Startergenerator.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann der Rotor an ei­ ner von der Kurbelwelle abgewandten Seite einen abstehenden Ringkragen aufweisen, an dem der Träger bzw. die Riemen­ scheibe ausgebildet ist. Durch diese Maßnahme können beson­ ders einfach unterschiedliche Durchmesser für Rotor und Trä­ ger bzw. Riemenscheibe ausgebildet werden.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung an­ hand der Zeichnungen.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach­ stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der je­ weils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kom­ binationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Be­ schreibung näher erläutert. Es zeigen, jeweils schematisch,

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kurbelwellen-Startergenerator, der an einer Brenn­ kraftmaschine montiert ist, bei einer ersten Ausfüh­ rungsform, und

Fig. 2 einen teilweisen Längsschnitt wie in Fig. 1, jedoch bei einer zweiten Ausführungsform.

Entsprechend Fig. 1 weist ein erfindungsgemäßer Kurbelwel­ len-Startergenerator 1, der im folgenden auch kurz Starter­ generator 1 genannt wird, einen innenliegenden Stator 2 so­ wie einen außenliegenden Rotor 3 auf.

Der Stator 2 ist sowohl an einem Steuergehäusedeckel 4 als auch an einer Ölwanne 5 befestigt, wobei der Steuergehäuse­ deckel 4 und die Ölwanne 5 an einem nur andeutungsweise dar­ gestellten Motorblock 6 einer Brennkraftmaschine befestigt sind. Der Steuergehäusedeckel 4 deckt dabei eine Steuerkette 7 ab, die eine nicht dargestellte Nockenwelle mit einer Kur­ belwelle 8 der Brennkraftmaschine antriebskoppelt. Innerhalb der Ölwanne 5 verläuft eine Antriebskette 9, die die Kurbel­ welle 8 mit einer nicht dargestellten Ölpumpe antriebskop­ pelt.

Der Stator 2 ist koaxial zu einer Längsachse oder Rotati­ onsachse 10 der Kurbelwelle 8 angeordnet, wobei die Kurbel­ welle 8 konzentrisch zum Stator 2 den Steuergehäusedeckel 4 in einer entsprechenden Öffnung 11 durchdringt. Geeignete Dichtmittel 12 bewirken eine Abdichtung der Kurbelwelle 8 gegenüber dem Steuergehäusedeckel 4.

Mittels einer Befestigungsschraube 13 ist ein topfförmiger Träger 14 drehfest mit der Kurbelwelle 8 verbunden. Der Träger 14 weist an einem von der Kurbelwelle 8 abgewandten Ende einen umlaufenden Tragring 15 auf, an dem radial außen ein Torsionsschwingungsdämpfer oder Drehschwingungsdämpfer 16 befestigt ist. Radial außen ist dieser Drehschwingungsdämp­ fer 16 an einem Ringkragen 17 des Rotors 3 befestigt, der auf einer von der Kurbelwelle 8 abgewandten Seite vom Rotor 3 im wesentlichen axial absteht. Die Befestigung des Dreh­ schwingungsdämpfers 16 am Trägerring 15 und/oder am Ringkra­ gen 17 erfolgt vorzugsweise durch Anvulkanisieren.

Radial außen trägt der Ringkragen 17 Riemenscheibenrippen 18, so daß der Ringkragen 17 eine Riemenscheibe 19 ausbil­ det, die einen Riemen 20 eines im übrigen nicht dargestell­ ten Riementriebs der Brennkraftmaschine antreibt. Die Rie­ menscheibe 19 bildet somit einen Bestandteil des Rotors 3, wobei die Riemenscheibe 19 hierbei über den Rotor 3 von der Kurbelwelle 8 angetrieben wird. Mit dem Riementrieb werden herkömmlich Hilfsaggregate, wie z. B. eine Kühlmittelpumpe oder eine Lenkhelfpumpe, angetrieben.

Durch die Ausbildung der Riemenscheibe 19 am axial abstehen­ den Ringkragen 17 des Rotors 3 kann der Ringkrägen 17 und somit die Riemenscheibe 19 einen anderen, insbesondere klei­ neren, Durchmesser aufweisen als der Rotor 3. Für den Fall, daß die Riemenscheibe 19 auch einen Durchmesser aufweisen darf, der zumindest gleichgroß ist wie der Durchmesser des Rotors 3, kann der axial abstehende Ringkragen 17 entfallen und die Riemenscheibenrippen 18 können direkt am Rotor 3 ra­ dial außen angebracht werden, wodurch sich insgesamt eine Bauraumreduzierung ergibt. Ebenso ist bei modernen Brenn­ kraftmaschinen auch eine Ausführungsform möglich, die ohne Riemenscheibe 19 auskommt.

Wie aus Fig. 1 deutlich hervorgeht, bildet der Rotor 3 zu­ mindest in radialer Richtung eine Außenhülle des Starterge­ nerators 1, die einer Umgebung 21 der Brennkraftmaschine ausgesetzt ist. In axialer Richtung begrenzen der Rotor 3 und der Träger 14 den Startergenerator 1 gegenüber der Umge­ bung 21. Der Startergenerator 1 zeigt somit eine offene Bau­ weise, die ohne zusätzliches Gehäuse auskommt und somit Bau­ raum spart, wobei gleichzeitig die Wärmeableitung des Star­ tergenerators verbessert wird.

Am Steuergehäusedeckel 4 und an der Ölwanne 5 ist koaxial zur Rotationsachse 10 ein ringförmiger Kragen 22 ausgebil­ det, der in axialer Richtung vom Steuergehäusedeckel 4 und von der Ölwanne 5 absteht. Dieser ringförmige Kragen 22 weist einen radialen Abstand zum Rotor 3 auf, wodurch sich ein Ringspalt 23 ausbildet. Außerdem überlappt der ringför­ mige Kragen 22 den Rotor 3 in axialer Richtung zumindest in einem der Kurbelwelle 8 zugewandten Endabschnitt des Rotors 3. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel entspricht die Länge der axialen Überdeckung etwa dem radialen Abstand zwischen Rotor 3 und ringförmigen Kragen 22. Mit Hilfe dieses ring­ förmigem Kragens 22 wird einerseits gewährleistet, daß Flüs­ sigkeit, die sich am Steuergehäusedeckel 4 ansammelt, nicht direkt in den Startergenerator 1 eindringen kann, sondern diesen umgehend entlang des Steuergehäusedeckels 4 bzw. der Ölwanne 5 abfließt. Des weiteren bildet sich durch die axia­ le Überlappung ein Dichtungseffekt nach Art einer Laby­ rinthdichtung aus, wodurch das Innere des Startergenerators 1 zumindest in gewissem Umfang vor Verunreinigungen ge­ schützt ist.

Entsprechend Fig. 2 ist der Rotor 3 bei einer besonderen Ausführungsform an einem Radiallager 24 gelagert, das hier am Steuergehäusedeckel 4 angebracht ist. Das Radiallager 24 stützt sich radial innen an einer Hülse 25 ab, die koaxial zur Rotationsachse 10 vom Steuergehäusedeckel 4 nach außen absteht. Radial außen stützt sich das Radiallager 24 am Ro­ tor 3 über einen Tragring 26 ab, der radial innen am Rotor 3 ausgebildet ist. Der Rotor 3 ist dadurch unabhängig von der Riemenscheibe 19 gelagert.

Am Rotor 3 ist wenigstens ein Mitnehmer 27 befestigt, der hier als parallel zur Rotationsachse 10 vom Rotor 3 abste­ hender Zapfen ausgebildet ist. Obwohl hier nur ein solcher Mitnehmer 27 dargestellt ist, können umfangsmäßig mehrere Mitnehmer 27 vorgesehen sein. Jeder Mitnehmer 27 ragt in ei­ ne im Drehschwingungsdämpfer 16 ausgebildete Ausnehmung 28 ein, wodurch der Rotor 3 über den oder die Mitnehmer 27 drehfest mit dem Träger 14 und somit auch mit der Riemen­ scheibe 19 gekoppelt ist. Da diese Kopplung über den Dreh­ schwingungsdämpfer 16 erfolgt, werden Schwingungen des Trä­ gers 14 und der Riemenscheibe 19 nicht oder nur gedämpft an den Rotor 3 übertragen, wodurch dieser einen relativ ruhigen Lauf aufweist. Durch diese Lagerung des Rotors 3 am Steuergehäusedeckel 4 können im Betrieb des Startergenerators 1 besonders enge radiale Spaltbreiten zwischen Rotor 3 und Stator 2 gewährleistet werden.

Auch hier ist eine Ausführungsform denkbar, die ohne Riemen­ scheibe 19 auskommt, wobei dann eine kompaktere Bauform zu bevorzugen ist, bei der die Mitnehmer 27 z. B. noch innerhalb des Rotors 3 radial in entsprechende Ausnehmungen 28 des Drehschwingungsdämpfers 16 eingreifen.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Startergene­ rators 1 wird in der gewählten Einbauposition gesehen, die einerseits einer vergleichsweise geringen Wärmeentwicklung ausgesetzt ist und andererseits mit relativ geringen Auf­ wand, insbesondere durch eine Kühlluftströmung, kühlbar ist.

Ein weiterer Vorteil wird darin gesehen, daß unterschiedli­ che Typen des Startergenerators 1 montiert werden können, ohne daß dazu aufwendige Anpassungen an der Brennkraftma­ schine vorgenommen werden müssen. Die Startergeneratoren 1 können sich beispielsweise hinsichtlich ihrer Leistung von­ einander unterscheiden, wobei eine Veränderung der Leistung regelmäßig mit einer Veränderung der Abmessungen des Star­ tergenerators 1 einhergeht. Insbesondere kann die axiale Er­ streckung des Startergenerators 1 variieren. Ebenso ist es grundsätzlich möglich, den Durchmesser des Startergenerators 1 zu verändern, um ein anderes Leistungsprofil zu erhalten. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau des Startergenerators 1 hat eine geänderte Geometrie, z. B. eine geänderte axiale Länge, keine konstruktive Änderung am Motorblock 6 zur Fol­ ge. Ebenso verhält es sich mit einer Durchmesseränderung, sofern in radialer Richtung ausreichend Bauraum zur Verfü­ gung steht. Dementsprechend können verschiedene Motorvarian­ ten mit darauf abgestimmten, unterschiedlichen Startergene­ ratoren 1 nach Art eines Baukastenprinzips zusammengestellt werden.

Claims (16)

1. Kurbelwellen-Startergenerator für eine Brennkraftmaschi­ ne, insbesondere eines Kraftfahrzeuges,
wobei der Startergenerator (1) mit einer Kurbelwelle (8) der Brennkraftmaschine antriebsgekoppelt ist und sowohl als An­ lasser als auch als Lichtmaschine dient,
wobei ein Stator (2) des Startergenerators (1) mit einem Mo­ torblock (6) der Brennkraftmaschine drehfest gekoppelt ist,
wobei ein Rotor (3) des Startergenerators (1) mit der Kur­ belwelle (8) der Brennkraftmaschine antriebsgekoppelt ist,
wobei ein Träger (14) koaxial zur Kurbelwelle (8) angeordnet und mit dieser antriebsgekoppelt ist,
wobei der Rotor (3) mit dem Träger (14) antriebsgekoppelt ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß Rotor (3) und Träger (14) koaxial zueinander angeordnet sind,
daß Träger (14) und Rotor (3) drehfest miteinander gekoppelt sind und
daß der Stator (2) innenliegend und der Rotor (3) außenlie­ gend angeordnet sind.

2. Startergenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (14) eine Riemenscheibe (19) trägt oder als Riemenscheibe (19) ausgebildet ist.

3. Startergenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Träger (14) und Rotor (3) eine integrale Einheit bilden.

4. Startergenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (3) an einer von der Kurbelwelle (8) abgewand­ ten Seite einen im wesentlichen axial abstehenden Ringkragen (17) aufweist, an dem der Träger (14) ausgebildet ist.

5. Startergenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (3) unabhängig vom Träger (14) gelagert ist, wobei der Rotor (3) über wenigstens einen Mitnehmer (27) drehfest mit dem Träger (14) gekoppelt ist.

6. Startergenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (3) über einen Drehschwingungsdämpfer (16) mit dem Träger (14) antriebsgekoppelt ist, wobei der Träger (14) drehfest mit der Kurbelwelle (8) verbunden ist.

7. Startergenerator nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Mitnehmer (27) in eine im Dreh­ schwingungsdämpfer (16) ausgebildete Ausnehmung (28) ein­ greift.

8. Startergenerator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Mitnehmer (27) mit axialem und/oder radialem Spiel in die Ausnehmung (28) eingreift.

9. Startergenerator zumindest nach den Ansprüchen 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (14) über den Drehschwingungsdämpfer (16) die Riemenscheibe (19) trägt.

10. Startergenerator nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (2) an einem am Motorblock (6) der Brenn­ kraftmaschine befestigten Steuergehäusedeckel (4) befestigt ist.

11. Startergenerator nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (2) an einer am Motorblock (6) der Brenn­ kraftmaschine befestigten Ölwanne (5) befestigt ist.

12. Startergenerator nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß am Motorblock (6) oder am Steuergehäusedeckel (4) und/oder an der Ölwanne (5) ein ringförmiger Kragen (22) ausgebildet ist, der koaxial zum Stator (2) angeordnet ist und der mit radialem Abstand zum Rotor (3) diesen zumindest teilweise in axialer Richtung überlappt.

13. Startergenerator nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (3) zumindest in radialer Richtung eine der Umgebung (21) der Brennkraftmaschine ausgesetzte Außenhülle des Startergenerators (1) bildet.

14. Startergenerator zumindest nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (3) mit einem Radiallager (24) am Motorblock (6) oder an einem am Motorblock (6) befestigten Bauteil (4) gelagert ist.

15. Startergenerator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Radiallager (24) radial innerhalb des Rotors (3) oder innerhalb des Stators (2) angeordnet ist.

16. Startergenerator nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Radiallager (24) axial zwischen dem Rotor (3) und dem Motorblock (6) oder zwischen dem Rotor (3) und dem Bau­ teil (4) angeordnet ist.